【正文】 以上，工作離心通風(fēng)機(jī)與備用離心通風(fēng)機(jī)循環(huán)工作；當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事故，礦井內(nèi)的氣壓低于設(shè)定的某個(gè)大氣壓力數(shù)值，工作離心通風(fēng)機(jī)與備用離心通風(fēng)機(jī)不再循環(huán)工作，并自動(dòng)切換為同時(shí)工作，加大對(duì)礦井內(nèi)的通風(fēng)量，直至礦井內(nèi)的氣壓升至設(shè)定的大氣壓力數(shù)值以上，工作通風(fēng)機(jī)與備用離心通風(fēng)機(jī)恢復(fù)循環(huán)工作。（6）為防止離心風(fēng)機(jī)的疲勞運(yùn)行，在任何狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)在累計(jì)運(yùn)行設(shè)定時(shí)間后都會(huì)自動(dòng)切換至另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組運(yùn)行。5 用 STEP7Micro/WIN 編程軟件編出 PLC 梯形圖。 課題的主要研究?jī)?nèi)容煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分，煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作與礦井內(nèi)工作環(huán)境條件、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)密切相關(guān)。近年來(lái)煤礦擴(kuò)能及生產(chǎn)的集約化成為了普遍的趨勢(shì)礦井裝備水平迅速提高系統(tǒng)有了明顯的簡(jiǎn)化。自然風(fēng)壓一般都比較小，且不穩(wěn)定，所以《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：每一礦井都必須采用機(jī)械通風(fēng)?！“催M(jìn)回風(fēng)巷在井田位置不同，通風(fēng)系統(tǒng)分為中央式 、對(duì)角式 、分區(qū)式 和 混合式礦井通風(fēng)系統(tǒng)。保證系統(tǒng)能夠獨(dú)立地進(jìn)行工作，這樣當(dāng)一個(gè)礦井出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)礦井的通風(fēng)工作不受影響。深入系統(tǒng)地研究煤礦井下瓦斯燃爆的物理機(jī)制及其災(zāi)害效應(yīng)對(duì)于正確評(píng)價(jià)分析煤礦預(yù)防瓦斯爆炸安全等級(jí)、科學(xué)地改進(jìn)井下通風(fēng)設(shè)施和巷道布置具有極其重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際意義。具體地說(shuō)，本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：1 實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、負(fù)壓、流量、軸承振動(dòng)、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、功率、效率等。（3）在自動(dòng)方式下，當(dāng)井下壓力低于設(shè)定壓力下限時(shí)，兩組風(fēng)機(jī)將同時(shí)投入工作運(yùn)行，同時(shí)并發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。為防止通風(fēng)機(jī)疲勞運(yùn)行，在任何狀態(tài)下風(fēng)機(jī)在累計(jì)運(yùn)行設(shè)定時(shí)間后要切換至另一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。在使用同一規(guī)格風(fēng)機(jī)中，可根據(jù)生產(chǎn)擴(kuò)大的要求來(lái)調(diào)整葉片安裝角度。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，PLC 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有 PLC。但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制?？紤]到性能和穩(wěn)定性，硬件采用西門(mén)子公司的 S7300系列 PLC，同時(shí)采用光電隔離、接地、變壓器隔離等硬件抗干擾措施和數(shù)字濾波等軟件抗干擾措施，系統(tǒng)可靠性高，穩(wěn)定性好。 變頻器的選型和容量的確定本系統(tǒng)選用的是西門(mén)子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器 MicroMaster440功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛。運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)門(mén)可在 0176。風(fēng)機(jī)的用途：一般用于高壓強(qiáng)制通風(fēng)，如冶煉、送料、礦井、隧道、地下室、鐵路等，亦可輸送空氣及其它無(wú)腐蝕性、不含粘性物質(zhì)、非易燃、易爆之氣體，介質(zhì)溫度最高不超過(guò)八十度，介質(zhì)中硬質(zhì)顆粒物中大于 150mg/m3?？刂葡到y(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的流程圖如下圖所示。在離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中若礦井工作面的瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定的報(bào)警瓦斯?jié)舛壬暇€時(shí)， 閉合， 也閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報(bào)警。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)PID控制器的作用就是通過(guò)調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。由于 PLC所能識(shí)別的是數(shù)字量信號(hào)，所以要對(duì)傳感器采集的電壓或電流信號(hào)的輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過(guò)壓力變送器將差壓，負(fù)壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。選用了隔離變壓器和高精度穩(wěn)壓電源，改善了電源特性。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量層：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測(cè)量，主要采用的是開(kāi)關(guān)柜的綜保裝置和測(cè)溫儀和傳感器裝置。 風(fēng)機(jī)參數(shù)的監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)以工業(yè)控制 PLC配以各種外圍設(shè)備組成，在軟件的控制下，完成數(shù)據(jù)的采集、分析等工作，以圖表等多種形式顯示在顯示器上，并傳輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。輸出的電流都是4～20mA 的電流。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，我設(shè)計(jì)的這套先進(jìn)的主扇風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，有效地解決了上述問(wèn)題，并已經(jīng)成功地應(yīng)用于礦井生產(chǎn)。通過(guò)使用工業(yè)以太網(wǎng)和高可靠性的工控 PLC，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。傳感器選擇的是電磁式振動(dòng)傳感器，輸出的是交流電壓，經(jīng)過(guò)振動(dòng)變送器變送后，編成0～20mA 的電流信號(hào)，送入 PLC的 AI模塊，其振動(dòng)測(cè)量范圍是 0～20mm。4．流量監(jiān)測(cè)措施獨(dú)特、新穎、可靠性好，精度高。 通風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)工作電壓：~220V 環(huán)境溫度：050 c0監(jiān)測(cè)精度： 流 量 級(jí) 壓 力 級(jí) 電參數(shù) 級(jí) 其他 級(jí)監(jiān)測(cè)參數(shù)范圍：按用戶要求確定。具體測(cè)試方法為：通過(guò)安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動(dòng)烈度信號(hào)，經(jīng)過(guò)振動(dòng)變送器送到 PLC中，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。第四，不僅要求在正風(fēng)，而且要求在反風(fēng)時(shí)也能勝任流量監(jiān)測(cè)的要求。圖 壓力中斷程序 溫度的監(jiān)測(cè)本設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)組設(shè)有軸承溫度和定子溫度過(guò)熱保護(hù)。壓力是本控制系統(tǒng)的主控參數(shù)，在壓力數(shù)據(jù)處理過(guò)程中運(yùn)用到PID算法。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?5%時(shí)，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?時(shí)，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應(yīng))；瓦斯?jié)舛仍?16%以上時(shí)，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會(huì)燃燒。SA 為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)控制切換。風(fēng)機(jī)動(dòng)力設(shè)備的傳統(tǒng)控制方法是通過(guò)手動(dòng)或繼電器控制，存在可靠性和靈活性較差的問(wèn)題，比如：由于電機(jī)的容量大，就存在啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、啟動(dòng)電流大、運(yùn)行安全可靠性差等問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題，需要采取在啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)時(shí)減少啟動(dòng)負(fù)荷、通過(guò)星—三角降壓?jiǎn)?dòng)來(lái)降低啟動(dòng)電流、進(jìn)行安全互鎖控制等措施。在硬件連接完畢后，需要對(duì)兩臺(tái) MM430變頻器的通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表 所示。變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。　?。?）近年，工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)（IPC）和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FCS）發(fā)展迅速，擠占了一部分 PLC市場(chǎng)，PLC 增長(zhǎng)速度出現(xiàn)漸緩的趨勢(shì)，但其在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。常用的 I/O分類(lèi)如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。主要實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)與擴(kuò)散器之間設(shè)置后導(dǎo)葉，以提高靜壓效率，使得節(jié)能效果顯著。圖 通風(fēng)控制系統(tǒng)方案圖本 PLC控制系統(tǒng)具有對(duì)通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)行，進(jìn)行監(jiān)控、聯(lián)鎖和過(guò)熱保護(hù)等功能。與常規(guī)繼電器實(shí)施的通風(fēng)系統(tǒng)相比，PLC 系統(tǒng)具有故障率低、可靠性高、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC 的控制功能使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。PLC 控制系統(tǒng)還具有對(duì)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)過(guò)熱保護(hù)、故障報(bào)警、機(jī)械故障報(bào)警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c(diǎn)，為煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造提供一條新途徑。在礦井災(zāi)變條件下維持正常分區(qū)通風(fēng)的能力是評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)抗災(zāi)能力的基本考慮因素。 5．工業(yè)廣場(chǎng)不得受扇風(fēng)機(jī)噪音干擾。礦井通風(fēng)系統(tǒng)由影響礦井安全生產(chǎn)的主要因素所決定。 2．進(jìn)風(fēng)井口要有利于防洪，不受粉塵，有害氣體污染。研究瓦斯爆炸對(duì)分區(qū)通風(fēng)的破壞機(jī)理對(duì)瓦斯爆炸條件下通風(fēng)系統(tǒng)的抗災(zāi)能力予以定量評(píng)價(jià)和分級(jí)研究災(zāi)變條件下維持分區(qū)通風(fēng)的條件和相應(yīng)措施對(duì)于提高通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的抗災(zāi)能力有著現(xiàn)實(shí)的意義。針對(duì)這一系列問(wèn)題，隨著電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC 和變頻器正成為通用、廉價(jià)和性能可靠的控制和驅(qū)動(dòng)設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。2 通風(fēng)系統(tǒng)及主扇風(fēng)機(jī)控制方案本論文設(shè)計(jì)的礦井主扇風(fēng)機(jī)的控制主要是對(duì)風(fēng)壓、風(fēng)量及瓦斯?jié)舛鹊牡恼{(diào)節(jié)和控制兩部分。本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī) 2 45 kW 為例，選用一臺(tái) S7—200 PLC、空氣壓力傳感器和變頻器等組成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)配套電機(jī)為 YB系列的 YBFe派生系列，隔爆型三相異步電機(jī)。（3）進(jìn)線柜：包括兩臺(tái)進(jìn)線柜，為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。I/O 模塊集成了 PLC的 I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。現(xiàn)在，仍常常將 PLC簡(jiǎn)稱 PC。近年來(lái)，隨著變頻器生產(chǎn)技術(shù)的成熟以及變頻器應(yīng)用范圍的日益廣泛，使用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行技術(shù)改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。系統(tǒng)采用總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩臺(tái)變頻器采用總線接插件連入總線。離心風(fēng)機(jī)可制成右旋和左旋兩種型式。合上空氣開(kāi)關(guān)后，當(dāng)交流接觸器KMKM3, KMKM7 主觸點(diǎn)閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)為工頻運(yùn)行；當(dāng) KMKMKMKM8 主觸點(diǎn)閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)為變頻運(yùn)行。每調(diào)節(jié)工況一次測(cè)量三次，取其算術(shù)平均值來(lái)計(jì)算。通常軸流式主要通風(fēng)機(jī)可在距離進(jìn)風(fēng)口一倍葉輪直徑處測(cè)量。中斷子程序如圖 8所示。第一，煤礦主通風(fēng)機(jī)的流量監(jiān)測(cè)只能放在地面，但地面缺少較長(zhǎng)的平直段，所以限制了標(biāo)準(zhǔn)流量?jī)x表的應(yīng)用。測(cè)量前在電動(dòng)機(jī)或主要通風(fēng)機(jī)軸頭上加裝一硬紙圓盤(pán)，黑白相間地涂滿數(shù)個(gè)扇形。 5. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)參數(shù)：負(fù)壓、流量、全（靜）壓、全（靜）壓效率、軸功率。圖 風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)圖主要特點(diǎn)如下：1．采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，功能強(qiáng)大，智能化程度高；以圖形界面顯示工作狀態(tài)，畫(huà)面豐富，直觀生動(dòng)。下表為風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所需的輸入輸出量。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了主通風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。特別是在課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)論文的技術(shù)問(wèn)題，導(dǎo)師都花費(fèi)了大量的心血，付出了大量的勞動(dòng)，并一直給予我無(wú)微不至的指導(dǎo)與多方面的幫助，使我的知識(shí)、能力等各方面都有了很大的進(jìn)步，在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x！在課題進(jìn)行期間，系部為我們提供了良好的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)境。在通風(fēng)機(jī)的日常生產(chǎn)中，通風(fēng)的流量是一個(gè)十分重要的參數(shù)，所以在本設(shè)計(jì)中，使用了專門(mén)的風(fēng)量測(cè)量的裝置，通過(guò)由匯博自動(dòng)化儀表公司生產(chǎn)的 HB1151系列電容式差壓/壓力/絕壓變送器將風(fēng)道差壓信號(hào)和絕壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成 4～20mA 的電流信號(hào)送入PLC。根據(jù)流體機(jī)械的原理有： AVQ?PdIId??2j?cdNQ/?J——流量 A——流量測(cè)量截面積V——流量測(cè)量截面積的平均流速P——風(fēng)機(jī)全壓 P2——風(fēng)機(jī)出口靜壓d2——風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓 I——風(fēng)機(jī)入口靜壓I——風(fēng)機(jī)入口動(dòng)壓 j——風(fēng)機(jī)靜壓N——風(fēng)機(jī)軸功率 Nd——電機(jī)有功功率?d——電機(jī)效率、由損耗分析法求得。在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的控制，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)報(bào)警、曲線和報(bào)表功能?？刂葡到y(tǒng)分為風(fēng)機(jī)變電站的監(jiān)控和風(fēng)機(jī)各種參數(shù)的測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分。在流速均勻的測(cè)定斷面安裝支撐架和皮托管。表 工程值與數(shù)字量對(duì)應(yīng)關(guān)系溫度值（℃） 數(shù)字量 電壓值（V）120 125 85 90 模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換公式為： (yAL)/(AHAL)=(X0)/(655350) y:轉(zhuǎn)換過(guò)后的工程值（多少電流）AH：工程值的上限（電流的上限）AL：工程值的下限（電流的下限）X：工程轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值（電流轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值）若數(shù)據(jù)格式為單極性，模擬量信號(hào)的類(lèi)型為電壓信號(hào)，滿量程為 0～10V，那么根據(jù)公式 1可得軸承溫度和定子溫度報(bào)警溫度和跳閘溫度所對(duì)應(yīng)的數(shù)量和電壓的關(guān)系如表 3所示。在自動(dòng)方式下，利用遠(yuǎn)傳空氣壓力傳感器檢測(cè)礦井內(nèi)的氣壓信號(hào)，用變送器將現(xiàn)場(chǎng)的模擬壓力信號(hào)變換成統(tǒng)一的1～10V直流電壓信號(hào)，送人A／D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC內(nèi)部能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)。同時(shí)并發(fā)出報(bào)警。接著檢測(cè)礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛戎岛痛髿鈮毫χ?，進(jìn)行處理判斷。模擬量輸入模塊接受各種傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)或電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到 PLC中。G4 —73系列通風(fēng)機(jī)的特性曲線較平緩，運(yùn)行噪聲較小，效率高，適用于通風(fēng)阻力不是太大的中小型礦井。確定變頻器容量的主要依據(jù)是輸出電流，其原則為：變頻器的輸出額定電流應(yīng)大于或等于電機(jī)的額定電流。煤礦礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涉及 10個(gè)數(shù)字量輸入和 2個(gè)模擬量輸入，15 個(gè)數(shù)字量輸出。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220VAC 或110VAC） ，直流電源（常用的為 24VDC） 。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 礦井主扇風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)采用了室外箱式一體化結(jié)構(gòu)。報(bào)警信號(hào)均為聲光形式，聲報(bào)警 (電笛 )可用按鈕解除 ,報(bào)警指示在故障排除后自動(dòng)消失。（5）運(yùn)用溫度傳感器測(cè)定風(fēng)機(jī)組定子溫度或軸承溫度，當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過(guò)設(shè)定報(bào)警上線時(shí)，發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。3 本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能，如風(fēng)機(jī)定子，軸承溫度超限，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)異常報(bào)警，以